库仑定律+高一下学期物理鲁科版（2019）必修第三册

静电力与电场强度章一第第2节库仑定律情境导入按如图1-9所示的方法做一做，你会发现:将气球充气后靠近较轻的金属筒，简静止不动;将气球在头发上摩擦后再靠近筒，简会滚动起来。气球没有接触筒，为什么简却滚动起来了?本节将通过建立点电荷理想模型，学习两个点电荷间相互作用的规律。讲授新课根据摩擦起电和静电感应的知识，我们知道气球摩擦后会带电，当其靠近金属简时，静电感应会使筒的两侧带上异种电荷。气球上的电荷与简上的电荷相互作用，简因此滚动起来。电荷间的这种相互作用力称为静电力(electrostaticforce)通常，两个带电体之间的相互作用力与带电体的形状、大小、电荷量、电荷分布及二者之间的距离等因素有关。若同时考虑这些因素，会大大增加研究静电力作用规律的难度。一.点电荷讲授新课为此，物理学中通过建立点电荷理想模型来进行相关研究。何为点电荷?当带电体本身的大小比它与其他带电体之间的距离小得多，以至于其形状、大小及电荷分布等因素对它与其他带电体之间相互作用的影响可忽略时这样的带电体称为点电荷(pointcharge)。点电荷被认为是只有电荷量、没有大小的几何点，两个视为点电荷的带电体之间的距离就是这两个几何点之间的距离。一.点电荷讲授新课一个实际的带电体能否视为点电荷，不仅和带电体本身有关，还取决于研究的问题和精度要求。即使是两个很大的带电体，只要在测量精度要求的范围内，带电体的形状.大小等因素的影响可忽略，也可视为点电荷。

事实上，任何带电体都有大小和形状，真正的点电荷是不存在的。点电荷是一个理想模型。在中学物理中，如果未特别指出带电体的形状、大小等，通常都把此带电体视为点电荷。方法点拨点电荷是针对实际带电体建构的理想模型，与质点模型的建构类似。建立理想模型是科学研究的重要方法。

现实世界的问题复杂多样，在研究中我们需抓住影响问题的关键因素，忽略一些次要因素，建立理想模型。其实，理想模型在现实世界是不存在的，但在一定条件下，实际事物可近似当作理想模型来处理。

若条件发生变化，研究问题爵要深入，次要因素不能忽略，已有的理想模型不再适用，则应考虑更多因素的影响，建立新的物理模型。讲授新课两个点电荷之间的相互作用力与距离、电荷量有怎样的关系?下面让我们通过实验来探究。二、两点电荷间的静电力实验与探究(1)探究电荷间作用力的大小与距离的关系如图1-10所示，把两个完全相同、带同种电荷的小球挂在等长绝缘细线下端，观察细线相对坚直方向的偏离角度(角度越大，静电力越大):增大两细线悬点之间的距离，观察细线偏离角度有什么变化。电荷间作用力的大小与距离、电荷量的关系实验与探究(2)探究电荷间作用力的大小与电荷圣的关系保持绝够细线悬点位置不变，同时改变两小球的电荷量(如用带电棒同时接触两球)，再观察细线偏离的角度，可得出什么结论?电荷间作用力的大小与距离、电荷量的关系讲授新课通过以上实验只能定性了解两电荷间的作用力与它们之间的距离和电荷量的关系。两电荷之间作用力的规律是法国物理学家库仑(C.Coulomb，1736-1806)在前人工作的基础上，通过与牛顿万有引力定律的类比和自己大量的实验研究，在1785年总结出来的。精确的实验表明，讲授新课真空中两个静止点电荷之间的相互作用力尸的大小，与它们的电荷量Q₁、Q₂的乘积成正比，与它们的距离

的二次方成反比;作用力的方向沿着它们的连线，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引(图1-11)。上述结论可用公式表示为讲授新课真空中两个静止点电荷之间的相互作用力尸的大小，与它们的电荷量Q₁、Q₂的乘积成正比，与它们的距离

的二次方成反比;作用力的方向沿着它们的连线，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引(图1-11)。上述结论可用公式表示为式中，k是静电力常量。如果各个物理量单位都采用国际单位制，讲授新课

讲授新课库仑定律是电磁学的基本规律之一，这种电荷间的相互作用力通常称为库仑力或静电力。库仑定律是通过对宏观带电体的研究总结出来的，对原子核、电子等微观粒子仍然成立。空气对静电力的影响很小，所以库仑定律也适用于空气中的点电荷。讲授新课实验表明，对于两个以上的点电荷，其中每一个点电荷所受的总的静电力，等于其他点电荷分别单独存在时对该点电荷的作用力的天量和，这个结论通常称为静电力叠加原理。由于任何带电体都可视为由很多点电荷组成，理论上讲，利用库仑定律和静电力看加原理可求出任何带电体之间的作用力。定量——库仑定律真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上课堂总结适用条件：库仑定律①点电荷②真空中③静止静电力常量k——库仑扭秤实验矢量：正负表示方向满足力的矢量叠加课堂总结如图1-12所示，q₃受到q₁的吸引力，受到q₂的排斥力F₂，q₃所受静电力F等于这两个力的合力。由于F₁、F₂大小相等，其合力F的方向与q₁、q₂的连线平行。典例精析

分析因q₁与q₂所带电荷量大小相等，与q₃的距离也相等，有典例精析解典例精析解所以，q₃所受静电力的大小为0.54N，方向与q₁、q₂的连线平行并指向右方。讨论如果底边两个点电荷的电荷量不相等，其他条件不变，q₃所受静电力的方向还与q₁、q₂的连线平行吗?为什么?讲授新课迁移上题中，如果q₂带正电，其他条件不变，求q₃所受的静电力。科学书屋库仑扭称实验库仑定律是电学史上第一个定量定律，它是电学研究从定性到定量的里程碑，莫定了定量研究电学的基础。18世纪，一些物理学家受万有引力与距离平方成反比规律的启示，猜想静电力与距离也有平方反比的关系，并对此进行了理论和实验探究。基于前人的研究，库仑设计了扭秤实验，得出了电荷间相互作用的规律，使猜想得到了证实。科学书屋库仑扭称实验如图1-13所示，在细金属悬丝下悬挂一横杆，杆两端有金属小球A、B，在A旁有与它相同的金属小球C。当A、C带电发生相互作用时，秤杆会因A端受力而旋转，力的大小可借助旋转的角度得出。当时没有精密测量力的仪器和量度电荷量的单位，但库仑巧妙借助扭秤，测量了很小的静电力;用两个相同的金属小球，先让一个带电另一个不带电，然后让它们接触，使电荷量在两个金属小球间平均分配，间接解决了电荷量的测量问题。点电荷1.质点？点电荷带电体的形状和大小对相互作用力的大小可以忽略，那么带电体可以看作一个点，成为点电荷带电体间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小、电荷分布对它们之间的作用力可以忽略不计.课堂总结点电荷2.点电荷真实存在吗？理想化模型——实际中不存在只有电荷量，没有大小、形状质点点电荷理想化模型理想化模型问题大小相对于研究问题大小相对于研究质量质量和电荷量课堂总结课堂总结点电荷3.点电荷？元电荷？元电荷：自然界中存在的最小的电荷量（实际存在）点电荷：为研究方便抽象出的理想模型（不存在）点电荷的带电量是元电荷的整数倍小节练习1.在库仑扭秤实验中，两个金属小球之间的静电力很小，用一般仪器难以测量。某同学认为，只要把它们之间的距离尽量减小，就可测出静电力，这与通过库仑定律计算出的静电力大小是一致的。这种观点正确吗?为什么?小节练习2.两个带电球处于如图所示的静止状态，大球的电荷量大于小球的电荷量。下列判断正确的是A.两球一定都带正电B.两球一定都带负电C.两球受到的静电力大小相等D.大球受到的静电力大于小球受到的静电力小节练习

小节练习4.在探究电荷间作用力的大小与距离、电荷量的关系时，分别用长l的绝缘细线把质量都为m、大小相同且带等量电荷的小球A、B，悬挂在同-水平面上相距2l的M、N两点平衡时A、B的位置如图所示，细线与竖直方向的夹角a=30°。A、B小球带同种电荷还是异种电荷?所带电荷量是多少?小节练习5.两个带正电的小球，电荷量分别为Q和9Q，在真空中相距l。如果引入第三个小球，恰好使得三个小球只在它们相互之间的